地质及地球化学特征

2025-02-13 11:34:37

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一、地质特征

1.矿床格架

SEDEX矿床的内部格架主要受流体卸载口附近的海底硫化物所控制。临近喷气口的矿床主要是由热液流体的浮力所形成的，而远离喷气口的矿床则是由于流体比凹陷盆地中海水重，导致在远离喷气口的海底沉淀。最后，临近喷气口的矿床以带状为特征，这是由于热液流体与喷气口上方的层状硫化物反应的结果。

临近喷气口的矿床可以分为4个相:①层状硫化物;②喷气口混杂物;③硫化物细脉带;④远端热液蚀变沉积物。靠近流体上升的中心往往是细脉带，层状硫化物以充填、脉状和被高温硫化物交代为特征，而远端的热液沉积物可能代表了幔羽的散落物。这些物质由于海底海水的流动以及重新活动的硫化物丘的交替碎屑流体而分散。

远端的矿床的分带性不是很明显，与盆地的形貌呈层状整合关系(图8-2)。

2.结构和矿物

不管是近端矿床，还是远端矿床，层状相主要由硫化物、热液产物(如碳酸盐、燧石、重晶石、磷灰石)和一些非热液的碎屑、化学和生物沉积岩组成。在许多矿床中，黄铁矿是主要的硫化物;而在Sullivan和Mount Isa矿床，磁黄铁矿是主要的硫化物。这类矿床主要的经济矿物是闪锌矿和方铅矿，铁硫化物与贱金属硫化物的比值从小于1∶1到大于5∶1。非硫化物热液组分是可变的，当有重晶石出现的时候，可以占到25%。硅质主要以燧石形式出现，其中部分来自热液流体。

在层状矿体的边缘相，通常称为“远端相”，主要由没有经济价值的层状热液产物组成。远端相包括纹层状的黄铁矿、磁黄铁矿和铁、锰、钙碳酸盐，以及氧化铁、重晶石和硫酸盐等。层状矿石和沉积围岩的接触带是渐变的，有时候是靠矿石品位确定的。

喷气口混合物是不均匀的，一般由块状、交代残片以及不规则的脉体和浸染状的硫化物、碳酸盐、硅质(主要是石英)组成。矿物组合有黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、铁碳酸盐、电气石和少量的白云母、绿泥石、黄铜矿、毒砂和硫酸盐矿物组成。

图8-2 Sedex矿床成因模型

喷气口混合物下方的供给带是不整合带，主要由硫化物、碳酸盐和硅质脉体以及与下盘沉积物的浸染和交代的产物组成。在大多数矿床中，供给带的根部在同沉积的断裂带、断层崖角砾、火山灰熔流中。与SEDEX矿床有关相的突变说明在硫化物形成之前、之中以及之后，断层一直是活动的。

3.围岩

大多数SEDEX矿床的围岩主要由盆地海相、还原性的、细粒沉积物组成。这些沉积物主要是含碳的燧石和页岩。这些沉积物代表了深海、半深海的环境。Irish型矿床主要的围岩是灰岩和白云岩。BHT型矿床的围岩则是双峰式火山岩和碎屑沉积物，这些沉积物往往变质成为角闪岩相和麻粒岩相的岩石。

二、SEDEX型矿床的地球化学特征

1.矿石组成

SEDEX矿床主要经济组分是赋存于层状矿石矿物闪锌矿和方铅矿中的Zn、Pb和Ag组分。最高品位的Pb+Zn矿石一般在喷气口和层状矿石的过渡地带。这主要是由于贱金属及与矿石有关的元素(如Hg、As和Sb)在喷气口被淋滤，随后在靠近喷气口的层状岩相中重新沉淀下来。在一些SEDEX矿床中，如德国的Rammelsberg和澳大利亚的Mount Isa，Cu则是这些矿床的主要资源。

除了成矿元素外，SEDEX矿床还含有大量的与矿石有关的元素，如Fe、Mn、P、Ba、Ca、Mg、Hg、Cd、As、Sb、Se、Sn、In、Ga、Bi、Co、Ni和Tl等(Goodfellow et al.，1990)。

2.矿石结构和化学分带

在大多数SEDEX矿床中，热液蚀变结构、矿物和元素围绕热液流体的卸载中心呈放射状分布。从流体卸载中心向外的侧向分带主要受喷气口的带状结构控制，常常伴随有层状矿体厚度的减小以及热液矿床单层厚度和个数的降低(Goodfellow et al.，1993)。

从火山喷气口中心向外，Zn/Pb比值增加是SEDEX矿床最主要和显著的特征。而Pb/Ag、Cu/(Pb+Zn)、Fe/Zn、Ba/Zn、SiO₂/Zn比值也是增加的。

3.蚀变结构、矿物学和化学特征

尽管SEDEX矿床与下伏的热液流体供给带密切相关，但是截至目前，在许多矿床中与其有关的热液蚀变却没有得到系统、深入地研究。已有的研究表明，SEDEX热液蚀变矿物主要有石英、白云母、绿泥石、铁白云石、菱铁矿、电气石和硫化物等。蚀变带硫化物的含量十分低，但是黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黝铜矿和毒砂在有些矿床中也可以见到。

与SEDEX矿床有关的热液蚀变发育广泛，在成矿前和成矿后的沉积岩中延伸可达100m，侧向延伸可达数千米。例如，在Sullivan矿床，绢云母化蚀变范围达200m。尽管成矿期后的热液沉积物清楚地显示SEDEX矿床成矿后热液流体还在活动，然而，明显缺失热液蚀变则说明后期的流体活动是非常微弱的，以至于难以观察到。

三、全球尺度和大陆尺度地质特征

1.构造背景

SEDEX、Irish以及BHT型矿床产于克拉通内部或者克拉通前缘的沉积盆地中。其构造背景是变化的，如地幔柱引起的克拉通内部裂谷带和重新活动的裂谷边缘以及裂谷的弧后远端都可以形成这些矿床。尽管BHT型矿床的成因还有争议，但是BHT型矿床往往与沉积盆地中的同时代的双峰式火成岩的共生的现象说明BHT型矿床与较少变形和变质的、沉积于弧后大陆裂谷环境的VHMS矿床(赋存于火山岩和沉积岩中的硫化物矿床)是类似的。

所有的SEDEX矿床都形成于构造活动过程中，这可以从断裂的重新活动、盆地内碎屑沉积作用，以及火山作用和岩床侵位作用所代表的岩浆作用等得到信息。许多矿床形成于还原性的海相盆地，并且主要形成于盆地演化过程中的凹陷阶段，临近深穿透的走滑断裂的附近。这些构造在同裂谷阶段的高渗透性的碎屑沉积岩中切割区域碳酸盐和页岩建造，并从流体库中捕获含矿流体(Nelson et al.，2002)。

2.长期演化和硫的循环

SEDEX，Irish和BHT矿床形成于从古元古代(2000Ma)到白垩纪几个不连续的地质时期。由于大型Sullivan矿床的影响，Pb和Ag的品位在古-中元古代是最高的，尽管Au的数据有限，但是其品位在古元古代和古-中元古代是比较高的。

许多SEDEX矿床的形成与地球演化过程中，大洋分层缺氧、富H₂S时期密切相关(图8-3，图8-4)。例如，在古生代Selwyn盆地，沉积黄铁矿中δ³⁴S的增高、缺氧的纹层状的含碳页岩和燧石与3个主要的SEDEX矿床形成时期(晚寒武世、早志留世和晚泥盆世)密切相关。

图8-3 地质历史演化时期SEDEX矿床的分布

图8-4 新元古代和显生宙构造(大陆汇聚和裂解)、冰期事件、大陆溢流玄武岩，以及蒸发岩的硫同位素组成

从以含铁、铁占优势的太古宙大洋到还原性的、硫占优势的元古宙和显生宙大洋的转换，是与Superior类型铁建造的氧化和沉淀作用分不开的。大洋的这种化学成分的变化伴随着硫酸盐的增加，这对于细菌硫酸盐的还原作用和富H₂S缺氧水柱的建立是必需的。太古宙和古元古代SEDEX矿床的缺失可能是由于缺氧大洋中还原性铁的含量较高而影响H₂S的活动性。在这种情况下，由于缺乏还原性的硫使之沉淀，导致还原性的、缺硫的卤水流体从喷气口喷到水柱中的时候发生分散。

3.盆地结构

最有利于形成SEDEX矿床的盆地是大陆裂谷盆地(图8-5)，这种盆地必须有至少2～5km厚的粗粒、渗透性较好的碎屑岩及其有关的火山岩或者火山碎屑岩组成。这些火山岩或者火山碎屑岩形成于裂谷时期，并被不能渗透的盆地页岩或者碳酸盐所覆盖(Goodfellow et al.，1993)。Zn和Pb的主要来源是同裂谷时期的火山岩和碎屑岩(Lydon et al.，2000)。最终有利于金属沉淀的环境是还原性的盆地，盆地可以从周围的海水中获得H₂S补偿。尽管一些矿床与岩浆作用的关系不是很明显，但是，在空间上和时间上，铁镁质火山岩和岩浆与许多SEDEX矿床以及赋存在双峰式火山岩中的BHT矿床的关系十分密切(Parr et al.，1993)。

图8-5 SEDEX矿床沉积盆地构造格架

4.矿床尺度

SEDEX、Irish和BHT矿床一般发育于沉积盆地的三级构造中，近喷气口的矿床与活动断裂密切相关，这些断裂限定了盆地的边界。而远离喷气口的矿床发育于海底的凹陷地带。喷气口和与之有关的矿床也明显受切割地层的断裂控制，这些穿层断裂作为运输通道，把成矿流体从热液反应带运送到海底。另外，影响喷气口的因素是基底的高度以及软沉积物的多少。反应带的水动力学主要受热结构、基底几何形态、卸载带的位置所制约。就远离喷气口的矿床而言，与临近喷气口矿床不同的是其主要受流体的密度和局部海底的压力所控制。

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